Saludos a todos de nuevo. En los comentarios sobre mi primer artículo sobre un
sistema láser de fabricación propia, volvieron a recordar un artículo de la revista Young Technician, que se llamaba "Construir un láser". Proporciona una descripción por fases del ensamblaje de un láser pulsado que funciona en una solución líquida de un tinte orgánico. El texto del artículo
está disponible después de 2 minutos de googlear.
A pesar de esto, ni yo ni mis colegas somos conscientes de los precedentes para la construcción exitosa de un láser de tinte, guiados por este artículo. Por qué ¿Cuáles son las trampas ocultas en los láseres de tinte? ¿Cómo se organizan los láseres de tinte industrial? Vamos a resolverlo.
El láser de tinte es muy atractivo para el bricolaje. Dado que no necesita cristales o vidrios escasos y difíciles de alcanzar, ni trabajos complejos de soplado de vidrio en cuanto a la fabricación de elementos activos de láseres de gas. Consume muy poca energía y produce luz visible brillante. Su radiación tiene una propiedad muy valiosa: puede descomponerse en el espectro y resaltar el color deseado del haz.
Para empezar, debe tenerse en cuenta que el artículo de UT No. 8 de 1971, que luego fue reeditado en el No. 11 de 1992, no es original. Esta es una adaptación de un artículo publicado en la columna "El científico aficionado" de la revista estadounidense "Scientific American" en la edición de febrero de 1970. Y todo estaría bien (¡tal vez!) Si esta adaptación no se realizara con reducciones inaceptables y errores molestos. Primero, veamos el volumen de ambos artículos. El artículo original ocupaba 6 páginas, adaptadas en UT, solo 3 páginas. Las imágenes se copian prácticamente 1 en 1. El artículo estadounidense original se puede descargar
desde aquí, habiéndolo robado de malvados redactores a través de sci-hub. O ya desde el
alojamiento de archivos .
Compare la similitud de las imágenes en los artículos originales y adaptados.
Original:
Ahora echemos un vistazo a las imágenes de UT:
En esto, las similitudes en las imágenes terminan y comienzan las diferencias. Por ejemplo, compare los circuitos eléctricos que se muestran en los artículos originales y adaptados.
Original:
Adaptación:
Como puede ver, el circuito se adapta a nuestras realidades en términos de base elemental y voltaje de red. Sin embargo, en el esquema original se propone agregar un circuito de preionización para la lámpara, que se omitió en el adaptado. También en el circuito original, se propone un transformador de potencia de alto voltaje de un osciloscopio como transformador de potencia. Y a juzgar por el voltaje de salida, me refería al bobinado de la fuente de alimentación CRT de este mismo osciloscopio. La persona que tradujo el artículo probablemente entendió todo correctamente, pero en un ajuste de adaptación a nuestras realidades, probablemente recordaba los televisores (es más fácil desmontar un televisor de cualquier forma que un osciloscopio), donde el CRT funciona con un devanado de alto voltaje de un transformador horizontal. Por lo tanto, llamó al transformador de potencia en el circuito adaptado "TVS", similar a un transformador horizontal. Como sabe, un conjunto de combustible típico está enrollado en un núcleo de ferrita y no puede funcionar a una frecuencia de 50 Hz. Y estos son errores muy molestos, que reducen la probabilidad de operación exitosa del láser a cero. El hecho es que para un láser de tinte, la duración del flash, que se encuentra en el rango de microsegundos, es muy crítica. La cadena de preionización propuesta en el artículo original permite acelerar el desarrollo de la descarga en la lámpara y acortar la duración del flash. Y también es aconsejable hacer una estructura lo más ajustada posible con los conductores más cortos posibles. Además, en el artículo original está escrito que el condensador de almacenamiento debe tener una pequeña inductancia parásita. Más precisamente, "debe estar diseñado para descargas de corta duración". Y especificaron directamente que los condensadores ordinarios no funcionarían, el láser no funcionaría con ellos. En un artículo adaptado, decidieron no mencionar algo tan insignificante. Comparemos el texto del original y la adaptación. El rojo indica el requisito de un condensador de baja inductancia.
En un artículo adaptado acerca de un condensador de baja inductancia, fueron silenciosos. Y si estuvieran en silencio, significa que puedes correr tras los primeros electrolitos que aparecen, cuyo uso hará que el láser sea imposible.
Esto por sí solo es suficiente para hacer que el intento de "ciegamente" repetir lo que se describió en el artículo de "UT" terminó en un colapso completo, ya que la necesidad de un condensador de baja inductancia es completamente evidente para un "repetidor" no capacitado o incluso un maestro ordinario de un círculo técnico. A menos, por supuesto, que sea experto en tecnología láser. No guardo silencio sobre los conjuntos de combustible, sería más correcto recomendar al menos un "transformador de potencia de un osciloscopio".
También noto que en el artículo original hay una adición sobre cómo hacer un dispositivo a partir de una rejilla de difracción para ajustar la longitud de onda del láser, que también se ignoró en el artículo adaptado.
¿Qué hacer si aún desea construir un láser de tinte usted mismo? Primero necesitas leer literatura especializada. Y aún mejor: fuentes primarias extranjeras. Afortunadamente, ya hay alternativas al artículo de UT.
La descripción más detallada y detallada se encuentra en el
sitio del conocido hágalo usted mismo Yun Sothory.
El material es una recopilación de extractos de artículos especializados y su amplia experiencia personal, por lo tanto, puede usarlo de manera segura.
Y ahora propongo mirar dentro de los láseres de tinte ya "reales" producidos en serie. Primero, echemos un vistazo al láser pulsado LOS-4M, en algunas fuentes llamadas "Rainbow".
Este es un láser bombeado por tubo con una energía de salida declarada de 1 J sin selección de longitud de onda. Agregar un elemento selectivo (rejilla de difracción) al resonador óptico reduce la energía de salida, pero le permite ajustar la longitud de onda de la radiación.
La capacidad de seleccionar la longitud de onda de radiación es la propiedad más valiosa de los láseres de tinte y se puede implementar de diferentes maneras. Puede configurar la rejilla de difracción o el prisma detrás del espejo de salida del resonador, puede instalarlo dentro del resonador. En el segundo caso, se logra una línea de emisión más estrecha. Además de la rejilla o prisma, cuyo principio es obvio, también usan filtros polarizadores, que se describen a continuación.
Como puede ver, el dispositivo del emisor es casi idéntico al láser clásico de estado sólido, solo que en lugar de la varilla del cristal o cristal láser es el tubo a través del cual fluye la solución de tinte. En el exterior, este tubo está rodeado por otro, a través del cual fluye una solución de filtro, diseñado para cortar la radiación UV de onda corta de las lámparas de la bomba, que destruye rápidamente el tinte. El bombeo se realiza mediante dos lámparas IFP-1200. El resonador está formado por un espejo opaco oculto al final del quantrón y translúcido a cierta distancia del mismo.
Entre el quantron y el espejo de salida hay un soporte para la rejilla de difracción, cuya posición se puede ajustar con un tornillo micrométrico. Las soluciones de tinte y filtro se suministran a través de las mangueras. El radiador está conectado a la fuente de alimentación mediante cables coaxiales, que tienen parámetros espurios bajos.
Ahora echemos un vistazo a la fuente de alimentación.
En primer plano, el supresor de ignición IRT-2 es llamativo. El hecho es que el banco de condensadores se carga a un voltaje que obviamente excede el voltaje de autodesglose de las lámparas IFP-1200. Para que el láser funcione en modo controlado y dispare cuando lo necesitemos, y no cuando lo desee, usamos un elemento de control en forma de este descargador. Sus ventajas son que es capaz de conmutar una gran cantidad de energía en un solo pulso, tiene pequeños parámetros parásitos, tiene una vida útil muy larga y no requiere ningún mantenimiento, a diferencia de los supresores de chispas tradicionales, que requieren un ajuste periódico de la separación de chispas y la limpieza de los contactos. A la derecha en la esquina hay un transformador de alto voltaje con un rectificador y resistencias de lastre para cargar condensadores. En la placa grande a la izquierda del transformador, se colocan dispositivos electrónicos auxiliares para controlar el descargador de ignición y el proceso de carga de los condensadores. Los condensadores se encuentran debajo.
Hay 6 condensadores para cada lámpara de bomba, cada uno con una capacitancia de 2 μF y un voltaje de 5 kV. Condensadores de una serie inductiva baja k75-30. En total, se obtienen 12 microfaradios de 5 kV para cada lámpara. Como puede ver, la capacidad utilizada en un láser en serie es bastante similar a la indicada en los artículos para la repetición independiente.
Donde hay espacio libre en la fuente de alimentación, se colocaron contenedores con tinte y filtro y bombas para su circulación. Obtuve la fuente de alimentación sin ellos, así que tengo que usar una unidad de circulación externa. Consiste en una bomba que funciona a bajo voltaje constante (27V) y un tanque de cuarzo con una espiral soldada. Se pasa agua a través de la espiral para enfriar el tinte, ya que aumenta cuando aumenta la temperatura.
Como todavía estoy ocupado con otros proyectos, la restauración del estado de funcionamiento de este láser solo está en los planes hasta ahora, y el dispositivo en sí hasta ahora ha sido "puesto en segundo plano". Vale la pena señalar que hay láseres de tinte que usan bombeo láser, desde otro láser pulsado en el rango visible o ultravioleta. Actualmente son los más comunes. Además, había prototipos de láseres en los que se usaba un elemento plástico activo teñido con el compuesto orgánico correspondiente en lugar de una solución colorante. Utilizan el bombeo mediante un láser pulsado, pero la vida útil del AE es bastante limitada, por lo tanto, estos láseres no se extienden.
Para bombear LRK, se usa un láser de nitrógeno con una longitud de onda de 337 nm (UV) o un excímero (la longitud de onda y la energía dependen de la mezcla de gases seleccionada), o neodimio pulsado con una frecuencia que se duplica (532 nm) o se triplica (355 nm) o incluso se cuadruplica (266 nm) frecuencia. En algunos casos, se usa el
láser de vapor de cobre que ya he descrito. En estos casos, el láser de tinte en sí es un dispositivo "pasivo" que no requiere energía, a excepción de la bomba de circulación de tinte. Pero si necesita una energía de generación grande (hasta decenas de cientos de julios), entonces no hay alternativa al bombeo al vacío.
Después de revisar el clásico láser de colorante pulsado, uno puede preguntarse qué hacer si necesita la radiación característica de un láser de colorante, con su capacidad inherente de sintonizar la longitud de onda, pero con el modo continuo. Y aquí, también, se encontró una salida. Considérelo con el ejemplo de un láser de la compañía estadounidense Coherent.
Dentro de este láser hay un complejo sistema óptico que consiste en una óptica para "suministrar" un haz de bomba y un resonador óptico con un selector de longitud de onda de polarización.
Si el rayo láser de la bomba se enfoca dentro de un chorro laminar delgado y de flujo rápido de una solución de tinte, se puede lograr el láser en un modo continuo. La densidad de energía de la bomba es muy alta, y para que el tinte no se sobrecaliente, necesita un chorro de flujo rápido. La fuente de la bomba que se usa con mayor frecuencia es un potente láser de argón, cuyo haz se enfoca mediante un espejo cóncavo selectivo en el chorro. Un láser de argón es el más adecuado para bombear tintes del grupo rodamina, su haz inicial es muy delgado y se enfoca fácilmente en el punto más delgado. El chorro está formado por una boquilla de un tubo de acero inoxidable aplanado.
Esta foto no se ajustaba al selector de longitud de onda de polarización y al tercer espejo de salida del resonador.
Para obtener un flujo laminar, se necesita una solución de tinte en etilenglicol de una temperatura y viscosidad determinadas, y se utiliza una bomba especial para el bombeo. Desde el rayo de la bomba, el chorro brilla con radiación espontánea, y la radiación que aparece entre los espejos del resonador sintonizado se amplifica y se convierte en un rayo láser. Dentro del resonador, se instala un selector de longitud de onda de polarización, que consiste en una pila de placas de cuarzo. Funciona asi. El rayo láser en el resonador está polarizado, y el filtro se instala en un cierto ángulo, pasando un cierto ángulo de polarización. La radiación láser de diferentes longitudes de onda tiene un ángulo de polarización diferente y, en consecuencia, pérdidas desiguales en el filtro. Por lo tanto, la longitud de onda a la que el ángulo de polarización se desliza idealmente a través del filtro recibe la mayor ganancia, y el resto se suprime. El ángulo de la posición del filtro cambia: la longitud de onda de la radiación cambia.
La mayor eficiencia se logra cuando se usa una solución de rodamina-6G. La potencia de radiación de salida alcanza 4 vatios a 12 vatios de bombeo. Desafortunadamente, este láser estará en mi estante, ya que no tengo un sistema de bombeo de solución a tiempo completo, ni tengo un potente láser de argón, aunque lo he estado buscando durante mucho tiempo.
Luego visualicé la trayectoria del haz de la bomba usando un pequeño láser de argón, la solución no se suministró a la boquilla.
Así que aquí hay una pequeña descripción de los láseres de tinte más comunes y los puntos importantes que debe recordar cuando intente construir un láser de este tipo. No repita los errores descritos en el artículo de la revista infantil.